JP2006093497A - 基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理液と気体とを混合して生成した処理液の液滴を基板に供給して所定の洗浄処理を行う基板洗浄装置において、基板上の処理領域に対応した最適な洗浄を行うことで、基板を高品質に洗浄する。
【解決手段】 基板Ｗに与えるダメージが少ない外部混合型ノズル５から処理液の液滴を吐出した状態で、ノズル５を境界位置Ｋａと基板Ｗの回転中心Ｐａとの間で移動させることによって、ノズルに対する相対速度が遅い基板中央部Ｗｃを洗浄処理する。一方、洗浄力（除去率）に優れる内部混合型ノズル６から処理液の液滴を吐出した状態で、ノズル６を基板Ｗの端縁位置Ｅｂと境界位置Ｋｂとの間で移動させることによって、ノズルに対する相対速度が速い基板端縁部Ｗｓを洗浄処理する。これにより、基板中央部Ｗｃと基板端縁部Ｗｓとの各処理領域に対応した最適な洗浄を行うことができ、基板全面を高品質に洗浄することができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、処理液と気体とを混合して生成した処理液の液滴を基板に供給することで、該基板に対して所定の洗浄処理を施す基板洗浄装置に関するものである。ここで、基板としては、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。ここで、微細加工を良好に行うためには基板表面を清浄な状態に保つ必要があり、必要に応じて基板の洗浄処理が行われる（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の発明では、洗浄処理に適した処理液、つまり洗浄液と、圧縮空気とを二流体ノズルに供給し、この二流体ノズルにおいて洗浄液に空気を混合させて混合物（洗浄液の液滴）を生成している。そして、基板を一定速度で回転させつつ、基板面内での洗浄液の供給位置が基板中心と基板端縁との間を通るようにノズルを往復移動させることによって基板全面にわたって洗浄液を吐出させ、基板表面に付着しているパーティクル（微小異物）などを離脱させて洗浄除去している。

特開２００２−１１３４２９号公報（第４頁−第５頁、図３）

ところで、基板は回転している関係上、その基板の中央部においては二流体ノズルに対する相対速度が遅く、端縁部に向かうにつれて速くなる。そのため、相対速度の遅い中央部では単位面積当たりの洗浄時間が長くなり、基板にダメージを与えるといった問題がある。かかる問題を解決するために、上記特許文献１では、二流体ノズルを基板面内で移動させている間に該ノズル移動に同期して処理条件を変更させる技術が提案されている。例えば、二流体ノズルの移動速度が中央部で速くなるようにノズルの移動速度を可変制御している。また、二流体ノズルに供給する処理液や圧縮空気の流量が二流体ノズルの基板中心への移動につれて減少するように制御している。

しかしながら、二流体ノズルの移動に同期して種々の制御要素（移動速度、流量など）をリアルタイムで正確に制御することは困難であり、二流体ノズルからの混合物（処理液の液滴）を基板に対して安定して与えることが難しい。つまり、基板の各表面領域（処理領域）に対する二流体ノズルの洗浄特性を均一化することが難しく、このことが洗浄処理の品質低下を招く主要因のひとつとなっている。例えば、必要以上に二流体ノズルの移動速度が中央部で速くなってしまう場合には、基板中央領域に対する洗浄力が低下してしまい、その結果、中央部のパーティクルの除去率が悪くなってしまう。また、基板中心とノズルの中心位置が正確に一致しない場合には、基板中心からずれた領域で二流体ノズルの移動速度が速くなり、特に基板中心の両側領域に対する洗浄力が大きく相違してしまう。その結果、基板面内における洗浄結果にバラツキ（洗浄ムラ）が生じてしまう。

また、回転する基板の中央部と端縁部だけでなく、基板上に局所的にダメージを与えたくない領域（ダメージ重視領域）がある場合でも、上記と同様な問題が起こり得る。ここでは、二流体ノズルと基板とを相対移動させてダメージ重視領域とそれ以外の領域とを洗浄する場合について考えてみる。基板に対する二流体ノズルの相対移動に同期して種々の制御要素を正確に制御するのは上記したように困難であり、各領域ごとに二流体ノズルの洗浄特性を適正化することも難しい。そのため、ダメージ重視領域に必要以上のダメージを与えてしまうことがある。逆に、ダメージ重視領域以外の領域では、ダメージよりも洗浄処理を良好に行うことに主眼が置かれるが、該領域に対応して二流体ノズルの洗浄特性をリアルタイムで適正化することは非常に困難である。このため、該領域の各部に対する二流体ノズルの洗浄特性が低下してしまい、所望の洗浄処理を実行することができないことがある。このように、従来装置では、各処理領域に対応して二流体ノズルの洗浄特性を適正化することが困難であり、各領域ごとに最適な洗浄を実行することができない場合がある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、処理液と気体とを混合して生成した処理液の液滴を基板に供給して所定の洗浄処理を行う基板洗浄装置において、基板上の処理領域に対応した最適な洗浄を行うことで、基板を高品質に洗浄することを目的とする。

この発明は、処理液と気体とを混合して生成した処理液の液滴を基板に供給することで、該基板に対して所定の洗浄処理を施す基板洗浄装置であって、上記した目的を達成するために、液体吐出口から処理液を吐出するとともに、該液体吐出口から吐出された処理液に気体を吹き付けることで空中にて処理液と気体とを混合して処理液の液滴を生成し、該液滴を基板に向けて供給する外部混合型ノズルと、混合室を内部に有し、該混合室内で処理液と気体とを混合して処理液の液滴を生成し、該液滴を基板に向けて供給する内部混合型ノズルと、外部混合型ノズルおよび内部混合型ノズルの各々を基板に対して相対移動させる駆動手段と、基板に対する各ノズルの相対位置を調整して各ノズルからの液滴の供給位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、処理液と気体とを空中にて混合して処理液の液滴を生成する外部混合型ノズルと処理液と気体とを混合室内で混合して処理液の液滴を生成する内部混合型ノズルとが１つの装置内に設けられている。各ノズルの構成および特性については後で詳述するが、これら２つのノズルは構造的におおよそ以下の洗浄特性を有している。すなわち、内部混合型ノズルは外部混合型ノズルに比べると洗浄力（パーティクルの除去率）は高いが基板に与えるダメージも大きい。一方で、外部混合型ノズルは内部混合型ノズルに比べると洗浄力は劣るが基板に与えるダメージは圧倒的に少ない。そして、これらのノズルの各々は基板に対して相対移動されて、各ノズルから吐出される液滴の供給位置が制御される。このため、基板上の処理領域ごとに、互いに洗浄特性の異なる２つのノズルから液滴を吐出させることで、各処理領域に対応した最適な洗浄を行うことができ、基板を高品質に洗浄することができる。例えば、基板上の処理領域としてダメージを与えなくない領域（ダメージ重視領域）とそれ以外の領域（除去率重視領域）とを洗浄する場合には、ダメージ重視領域を基板に与えるダメージが少ない外部混合型ノズルで洗浄する一方で、除去率重視領域については除去率に優れる内部混合型ノズルで洗浄することで、基板にダメージを与えることなく、除去率も良好な状態で基板を洗浄処理することができる。

ここで、外部混合型ノズルからの液滴の供給位置と内部混合型ノズルからの液滴の供給位置については、相違させるようにしてもよいし、部分的に重なるようにしてもよい。すなわち、各ノズルごとに洗浄処理する領域を分けて各処理領域ごとに適したノズルを配置して洗浄するようにしてもよいし、両ノズルから液滴を供給してもダメージが許容できる処理領域がある場合には、当該領域については除去率を向上させるため両ノズルから液滴を供給して洗浄するようにしてもよい。このように、各ノズルを使い分け、あるいは組合わせて洗浄処理することで、ダメージを重視したり、除去率を重視したりするようなスポット的な洗浄が可能となる。

また、基板を回転させる回転手段を設けて、制御手段は基板の回転中心を含む基板の中央部に外部混合型ノズルからの液滴を供給するように基板に対する外部混合型ノズルの相対位置を調整する一方、基板の中央部より径方向外側の端縁部に内部混合型ノズルからの液滴を供給するように基板に対する内部混合型ノズルの相対位置を調整するようにしてもよい。このように基板を回転させた場合には、「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように基板の中央部と端縁部とで処理の進行度合が相違する。すなわち、基板中央部で最も適した洗浄度合いとなるように設定すると、相対速度の速い基板の基板端縁部では十分に洗浄を行うことができず、逆に、基板端縁部で最も適した洗浄度合いとなるように設定すると、基板中央部での洗浄効果が高くなり、基板にダメージを与えてしまう。そこで、基板に与えるダメージに対する考慮が必要な基板中央部については基板に与えるダメージが比較的少ない外部混合型ノズルから液滴を供給することで洗浄し、相対速度が速くダメージが発生しにくい基板端縁部では除去率が高い内部混合型ノズルから液滴を供給することで洗浄している。これにより、基板中央部と基板端縁部の各処理領域に対応した最適な洗浄を行うことができ、基板全面にわたって洗浄処理が均一化される。その結果、基板にダメージを与えることなく、良好な除去率で基板全面を洗浄することができる。

ここで、基板中央部については液滴を吐出させながら外部混合型ノズルを基板の回転中心と、基板中央部と基板端縁部の境界位置との間で移動させることで洗浄し、基板端縁部については液滴を吐出させながら内部混合型ノズルを基板の端縁と境界位置との間で移動させることで洗浄することができる。この場合、外部混合型ノズルと内部混合型ノズルとを個別に移動させるようにしてもよいし、共通の移動機構によって移動させるようにしてもよい。前者の場合、外部混合型ノズルについては第１ノズル移動機構により基板の回転中心と境界位置との間で移動させる一方、内部混合型ノズルについては第２ノズル移動機構により基板の端縁と境界位置との間で移動させればよい。後者の場合は、例えば、外部混合型ノズルを移動させる第１ノズル移動機構により内部混合型ノズルを移動させるように構成してもよい。また、外部混合型ノズルと内部混合型ノズルとを個別の移動機構により移動させる場合には、外部混合型ノズルあるいは内部混合型ノズルのいずれか一方を洗浄時に基板上に固定配置するようにしてもよい。

また、外部混合型ノズルからの液滴による洗浄処理を実行しない場合には第１ノズル移動機構は外部混合型ノズルを基板の側方の退避位置に位置決め可能となっているが、外部混合型ノズルからの液滴による基板中央部の洗浄処理後に外部混合型ノズルを退避位置に移動させる際に、または基板中央部の洗浄処理を実行するために外部混合型ノズルを退避位置から基板中央部に移動させる際に、液滴の吐出、つまり処理液および気体のノズルへの供給が停止状態であっても、ノズルからの液漏れにより処理液が基板端縁部に落下して汚染源となる場合がある。そこで、外部混合型ノズルが基板端縁部上を移動する間、内部混合型ノズルから基板端縁部に液滴を供給することで、外部混合型ノズルからの液漏れによる処理液を洗い流し、基板端縁部の汚染を防止することができる。

また、外部混合型ノズルおよび内部混合型ノズルからの液滴による処理条件をそれぞれ変更可能に構成すると、基板の種類あるいは基板上の処理領域などに応じた最適な処理を行うことができる。この処理条件には、(i)ノズルと基板との位置関係、(ii)ノズルからの液滴の基板に対する角度、(iii)液滴の粒径、速度などが含まれる。例えば、外部混合型ノズルから吐出される液滴による処理条件を変更するために、
・外部混合型ノズルと基板との間隔を調整して処理条件を変更させる間隔調整機構をさらに設けてもよいし、
・外部混合型ノズルから吐出される液滴の基板に対する角度を調整して処理条件を変更させる角度調整機構をさらに設けてもよいし、
・外部混合型ノズルに供給される処理液および気体のうちの少なくとも一方の流量を調整して処理条件を変更させる流量調整機構をさらに設けてもよい。もちろん、内部混合型ノズルから吐出される液滴による処理条件を変更可能に構成してもよい。

さらに、外部混合型ノズルおよび／または内部混合型ノズルを複数備えるようにするとともに、各ノズルの処理条件が互いに異なるように変更することで、基板上の処理領域に応じてさらに柔軟かつ木目細かな対応が可能となり、各処理領域ごとに最適な洗浄を行うことができる。この場合、基板を幾つかの処理領域に分けて、各処理領域ごとに洗浄に適した１つのノズルを配置して洗浄を行うようにしてもよいし、１つの処理領域に対して複数のノズルによる洗浄を行うようにしてもよい。これにより、基板にダメージを与えることなく、基板をさらに高い洗浄力（除去率）で効果的に洗浄することができる。

この発明によれば、基板上の処理領域に応じて外部混合型ノズルまたは内部混合型ノズルから液滴を基板に供給し、あるいは双方のノズルから液滴を基板に供給して所定の洗浄処理を実行するように構成している。これによって、基板上の処理領域に対応した最適な洗浄特性で洗浄を行うことができ、基板を高品質に洗浄処理することが可能になる。

＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す概略図である。また、図２は図１の基板洗浄装置の平面図である。この基板洗浄装置１は、半導体ウエハなどの基板Ｗの表面を洗浄するためのものであり、基板Ｗをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１０と、処理液と窒素ガス（本発明の「気体」に相当）とを混合させて処理液の液滴を生成し、該液滴をスピンチャック１０に保持された基板Ｗに向けて吐出する２つの二流体ノズル５，６と、スピンチャック１０を取り囲むように配置されたカップ３０とを備えている。なお、使用される処理液は、純水、酸、アルカリ、およびオゾンを純水に溶解したオゾン水などの基板洗浄に使用される洗浄液であれば、特に限定されない。

スピンチャック１０は、鉛直方向に沿って配置された回転軸１１と、その回転軸１１の上端に取り付けられた円板状のスピンベース１２とを備えている。また、このスピンベース１２の上面端縁部には、スピンベース１２の周方向に適当な間隔をあけて、複数本のチャックピン１３が立設されている。そして、これらのチャックピン１３が基板Ｗの下面端縁部を支持しつつ、基板Ｗの端面（周面）に当接することで、基板Ｗをスピンベース１２から上方に離間させた状態で保持可能となっている。

また、スピンチャック１０の回転軸１１は本発明の「回転手段」に相当する回転駆動機構１４のモータ（図示省略）と連結されており、装置全体を制御するコントローラ２０によるモータ駆動に応じて回転駆動機構１４が作動するのに伴って回転する。これによって、スピンベース１２の上方でチャックピン１３により保持されている基板Ｗはスピンベース１２とともに回転中心Ｐａ回りに回転する。このように、この実施形態では、回転中心Ｐａが本発明の「基板の回転中心」に相当している。

こうして回転駆動される基板Ｗの表面に対して処理液の液滴を供給すべく、２つの二流体ノズル５，６がそれぞれスピンベース１２の上方位置に配置されている。これらの二流体ノズル５，６はそれぞれ、各二流体ノズルを移動させるためのアーム５１，６１の先端に固着されている。また、アーム５１，６１の基端部にはそれぞれ第１ノズル移動機構５２、第２ノズル移動機構６２が連結されている。そして、コントローラ２０からの制御指令に応じて第１ノズル移動機構５２が作動することでアーム５１を回転中心Ｐｂ回りに揺動駆動する一方で、第２ノズル移動機構６２が作動することでアーム６１を回転中心Ｐｃ回りに揺動駆動する。なお、二流体ノズル５，６の構成および動作については後で詳述する。

この実施形態では、図２に示すように、ノズル５が基板Ｗの回転中心Ｐａを含む基板中央部Ｗｃの上方に配置可能に構成される一方で、ノズル６が基板中央部Ｗｃよりも基板Ｗの径方向外側の基板端縁部Ｗｓに配置可能に構成されている。詳しくは、第１ノズル移動機構５２を作動させてアーム５１を揺動させると、ノズル５が同図の移動軌跡Ｔａ、つまり基板の回転中心Ｐａと、基板中央部Ｗｃと基板端縁部Ｗｓとの境界位置Ｋａとの間で移動可能となっている。一方で、第２ノズル移動機構６２を作動させてアーム６１を揺動させると、ノズル６が同図の移動軌跡Ｔｂ、つまり基板の端縁位置Ｅｂと、基板中央部Ｗｃと基板端縁部Ｗｓとの境界位置Ｋｂとの間で移動可能となっている。また、ノズル５，６は洗浄時以外はそれぞれ基板Ｗの側方の退避位置Ｓａ，Ｓｂ（破線位置）に退避可能となっている。

ノズル５，６の各々は図１に示すように処理液配管２４，２６を介して処理液供給源と接続されており、処理液供給源から処理液の供給を受けている。これら処理液配管２４，２６にはそれぞれ、開度調整が可能なバルブ２４Ｖ，２６Ｖが介装されており、コントローラ２０からの指令に応じて、二流体ノズル５，６に供給される処理液の流路の開閉、および処理液の流量の調節を行うことができるようになっている。また、各二流体ノズル５，６は、窒素ガス配管２５，２７を介して窒素ガス供給源から高圧の窒素ガスの供給を受けている。これら窒素ガス配管２５，２７には開度調整が可能なバルブ２５Ｖ，２７Ｖがそれぞれに介装されており、コントローラ２０からの指令に応じて、二流体ノズル５，６に供給される窒素ガスの流路の開閉、および窒素ガスの流量の調節を行うことができるようになっている。なお、窒素ガス配管２５，２７において、バルブ２５Ｖ，２７Ｖより下流側（バルブ２５Ｖと二流体ノズル５との間、バルブ２７Ｖと二流体ノズル６との間）にはそれぞれ、圧力計２５Ｐ，２７Ｐが介装されており、各二流体ノズル５，６に導入される窒素ガスの圧力を測定できるようになっている。

このように、コントローラ２０がバルブ２４Ｖ，２５Ｖを制御することでノズル５に供給される処理液および窒素ガスの流量が調整可能となっている一方、バルブ２６Ｖ，２７Ｖを制御することでノズル６に供給される処理液および窒素ガスの流量が調整可能となっている。このため、各二流体ノズル５，６はそれぞれに流量調整された処理液および窒素ガスの供給を受けて処理液の液滴を生成し、該液滴を基板Ｗに向けて吐出可能となっている。

次に、図１の基板洗浄装置で採用された二流体ノズルの構成および動作について説明する。この実施形態では、基板中央部Ｗｃを洗浄処理するノズル５をいわゆる外部混合方式のノズル（以下「外部混合型ノズル」という）とする一方、基板端縁部Ｗｓを洗浄処理するノズル６をいわゆる内部混合方式のノズル（以下「内部混合型ノズル」という）としている。

図３は外部混合型ノズルの構成を示す図である。この外部混合型ノズル５は、空中で処理液に気体（窒素ガス）を衝突させて処理液の液滴を生成する。外部混合型ノズル５は、胴部５３の内部に液体吐出口５４１を有する液体吐出ノズル５４が挿通される。この液体吐出口５４１は、ノズル５の傘部５３１の上面部５３２に配置されている。このため、配管２４を介して処理液が処理液供給源から供給されると、処理液が液体吐出口５４１から基板Ｗに向けて吐出される。

また、気体吐出ノズル５５が液体吐出ノズル５４を囲んだリング状のガス通路を規定している。気体吐出ノズル５５の先端部は先細にテーパ状とされており、このノズル開口は基板Ｗの表面に対向している。このため、配管２５を介して窒素ガス供給源から窒素ガスが供給されると、窒素ガスが気体吐出ノズル５５の気体吐出口５５１から基板Ｗに向けて吐出される。なお、その窒素ガスの吐出軌跡は、液体吐出口５４１からの処理液の吐出軌跡に交わっている。すなわち、液体吐出口５４１からの液体（処理液）流は、混合領域内の衝突部位Ｇにおいて気体（窒素ガス）流と衝突する。気体流はこの衝突部位Ｇに収束すうように吐出される。この混合領域は、胴部５３の下端部の空間である。このため、液体吐出口５４１からの処理液の吐出方向の直近において処理液はそれに衝突する気体によってすみやかに液滴化される。こうして、洗浄用液滴が生成される。

このような外部混合型ノズル５においては、吐出される処理液の液体流を囲むように気体（窒素ガス）が吐出され、処理液と窒素ガスとが衝突して混合される。そして、生成される洗浄用液滴は、均一に分布した状態で基板Ｗの表面の限られた範囲を洗浄する。また、上記したように回転中心Ｐｂの周りに移動軌跡Ｔaに沿ってノズル５を基板Ｗ上で揺動させることによって、基板中央部Ｗｃの表面の全体が窒素ガスと処理液との混合物で洗浄される。なお、この実施形態において、ノズル５の上面部５３２において液体吐出口５４１と気体吐出口５５１は面一である必要はなく、どちらかが突出していてもよい。

図４は内部混合型ノズルの構成を示す図である。この内部混合型ノズル６は、内部に設けられた混合室で処理液と気体（窒素ガス）とを混合させて処理液の液滴を生成する。内部混合型ノズル６はその先端部に開口６４を有するノズル本体６３を備え、そのノズル本体６３の内部で処理液と窒素ガスとを混合させて洗浄用液滴を生成するとともに開口６４から基板Ｗに向けて吐出する。具体的には、ノズル本体６３は処理液と窒素ガスとが混合される混合室６５を形成する円筒状の混合部６３１と、一端が混合部６３１に接続され多端に向かって狭くなるテーパ状のテーパ部６３２と、洗浄用液滴を加速させる直状円筒管である直流部６３３とが連接されて構成されている。

混合部６３１は窒素ガス配管２７に接続されたガス導入管６６の外側を、処理液配管２６に接続された処理液供給管６７が取り囲む構造、つまり処理液供給管６７の中をガス導入管６６が挿入されている二重管の構造で構成されている。混合部６３１とガス導入管６６はそれぞれ略円筒状であって、その中心軸を一致させているとともに、混合部６３１の内部にガス導入管６６の端部が収まっている。また、混合部６３１、ガス導入管６６、処理液供給管６７はハウジング６８によって固定されている。なお、ガス導入管６６や処理液供給管６７の形状については、例えば湾曲状に延在された管や角筒状の管であってもよく、特に限定されないが、ノズル６の内部から発塵するパーティクルを抑制するためには、個々の管は直状円筒管、特にガス導入管６６は直状円筒管で形成される方が好ましい。

このような内部混合型ノズル６においては、ガス導入管６６から加圧された気体（窒素ガス）が導入され、処理液供給管６７から処理液が供給されると、混合室６５内で窒素ガスと処理液とが混合され、処理液の液滴が生成される。そして生成された洗浄用液滴はテーパ部６３２および直流部６３３を通過することで、移動速度が加速され直流部６３３の先端の開口６４から吐出される。そして、上述のように回転中心Ｐｃの周りに移動軌跡Ｔｂに沿ってノズル６を基板Ｗ上で揺動させることによって、基板端縁部Ｗｓの表面の全体が窒素ガスと処理液との混合物で洗浄される。

上記した外部混合型ノズル５と内部混合型ノズル６とを比較すると、各ノズル構造に起因した以下のような相違がある。すなわち、外部混合型ノズル５では、吐出された液体（処理液）と気体（窒素ガス）とは空中で混合されるため、処理液は霧状の液滴となって拡散された状態で基板Ｗに到達することになる。一方で、内部混合型ノズル６では、ノズル内部で生成した処理液の液滴を所定の速度まで加速させるとともに、生成された処理液の液滴はその速度の減衰が小さい状態で直進して基板Ｗに到達することになる。このため、内部混合型ノズル６は比較的大きな粒径の液滴が存在した粒径範囲の液滴で洗浄処理を行うこととなり、外部混合型ノズル５に比べると洗浄力（パーティクルの除去率）は高くなるものの基板Ｗに与えるダメージも大きくなるという特徴を有する。一方で、外部混合型ノズル５は比較的小さな粒径でそろった液滴で洗浄処理を行うこととなり、内部混合型ノズル６に比べると洗浄力は劣るものの基板Ｗに与えるダメージは圧倒的に少なくなるという特徴を有する。

次に、上記のように構成された基板洗浄装置の動作について図５ないし図７を参照しつつ説明する。図５は図１の基板洗浄装置の洗浄範囲を示す図である。図６は図１の基板洗浄装置により実行される洗浄処理の特性を示す図である。また、図７は図１の基板洗浄装置の動作を示すタイミングチャートである。この基板洗浄装置では、図示を省略する搬送手段によりチャックピン１３上に未処理の基板Ｗが搬送されてチャックピン１３に保持されると、搬送手段が基板洗浄装置から退避した後、コントローラ２０が装置各部を制御して洗浄処理を実行する。

この洗浄処理では、基板Ｗの回転を開始させる。続いて、第１ノズル移動機構５２、第２ノズル移動機構６２をそれぞれ作動させることで、ノズル５，６を退避位置から基板Ｗ上の液滴供給位置まで移動させる。具体的には、外部混合型ノズル５を基板中央部Ｗｃ上の供給開始位置（境界位置Ｋａ）に移動させ、さらに供給終了位置（基板の回転中心Ｐａ）に向かうように揺動させる。一方で、内部混合型ノズル６を基板端縁部Ｗｓ上の供給開始位置（端縁位置Ｅｂ）に移動させ、さらに供給終了位置（境界位置Ｋｂ）に向かうように揺動させる。そして、これらのノズル揺動に連動して、バルブ２４Ｖ、２５Ｖを開いてノズル５に処理液および窒素ガスを所定流量で供給する一方で、バルブ２６Ｖ、２７Ｖを開いてノズル６に処理液および窒素ガスを所定流量で供給する。これによって、各ノズル５，６で処理液の液滴が生成されるとともに、該液滴が回転している基板Ｗに向けて吐出される。

また、外部混合型ノズル５から液滴を吐出させた状態のまま第１ノズル移動機構によりアーム５１を回転中心Ｐｂ回りに揺動することで、ノズル５は移動軌跡Ｔａ（境界位置Ｋａから基板の回転中心Ｐａに向かう軌跡）に沿って移動するため、ノズル５から吐出された液滴は図５（ａ）に示すように基板中央部Ｗｃに供給されて洗浄処理が行われる。その一方で、内部混合型ノズル６から液滴を吐出させた状態のまま第２ノズル移動機構によりアーム６１を回転中心Ｐｃ回りに揺動することで、ノズル６は移動軌跡Ｔｂ（端縁位置Ｅｂから境界位置Ｋｂに向かう軌跡）に沿って移動するため、ノズル６から吐出された液滴は同図（ｂ）に示すように基板端縁部Ｗｓに供給されて洗浄処理が行われる。なお、図５（ａ）および（ｂ）の斜線部分が洗浄処理部分を示している。

ここで、各ノズル５，６の移動速度は一定であるため、基板Ｗの中央においてはノズルに対する相対速度が遅く、端縁に向かうにつれて速くなる。そのため、相対速度の遅い基板中央部Ｗｃでは単位面積当たりの洗浄時間が長くなり、基板中央部Ｗｃでの洗浄処理が端縁部Ｗｓよりも進行する。すなわち、例えば図６の曲線Ｃ_６（内部混合型ノズル６の洗浄特性）に示すように、ノズル６からの液滴による基板Ｗからのパーティクルの除去率は中央部で高く、端縁部に向かうにしたがって低下している。したがって、曲線Ｃ_６の洗浄特性を有する内部混合型ノズル６を用いて洗浄処理する場合には、基板中央部Ｗｃでの洗浄効果が高くなり、許容ダメージレベルＬ（同図の１点鎖線のレベル）を超えてしまう。逆に、外部混合型ノズル５を用いて洗浄処理する場合には、同図の曲線Ｃ_５（外部混合型ノズル５の洗浄特性）に示すように、相対速度の速い基板端縁部Ｗｓでは除去率が低くなりすぎて十分に洗浄を行うことができない。

これに対し、この実施形態では、基板Ｗに与えるダメージに対する考慮が必要な基板中央部Ｗｃについては外部混合型ノズル５から液滴を供給することで洗浄し、相対速度が速くダメージが発生しにくい基板端縁部Ｗｓについては除去率が高い内部混合型ノズル６から液滴を供給することで洗浄している（図６の実線で示す洗浄特性）。これにより、基板中央部Ｗｃと基板端縁部Ｗｓとの各処理領域に対応した最適な洗浄を行うことができ、基板全面にわたって洗浄処理が均一化される。その結果、基板Ｗにダメージを与えることなく、良好な除去率で基板全面を洗浄することができる。

上記のようにして基板Ｗに対する洗浄処理が完了すると、バルブ２４Ｖ，２５Ｖを閉じてノズル５への処理液および窒素ガスの供給（ノズル５からの液滴吐出）を停止する。ここで、ノズル５からの液滴吐出の停止と同時に、バルブ２６Ｖ，２７Ｖを閉じてノズル６から液滴吐出を停止するようにしてもよいが、以下のタイミングで停止するのが好ましい。というのも、基板中央部Ｗｃの洗浄処理後に外部混合型ノズル５を退避位置Ｓａに移動させる際に、ノズル５への処理液および窒素ガスの供給が停止状態であっても、ノズル５からの液漏れにより処理液が基板端縁部Ｗｓに落下して汚染源となる場合がある。そこで、図７に示すように外部混合型ノズル５が境界位置Ｋａから基板端縁まで移動する間、つまり外部混合型ノズル５が基板端縁部Ｗｓ上を移動する間、内部混合型ノズル６から基板端縁部Ｗｓに液滴を供給し続けることで外部混合型ノズル５からの液漏れによる処理液を洗い流し、基板端縁部Ｗｓの汚染を防止することができる。そして、外部混合型ノズル５が退避位置Ｓａに向けて基板端縁を通過すると同時に、あるいは通過後に内部混合型ノズル６からの液滴吐出を停止させる。

その後、基板Ｗの回転速度を増大させて基板Ｗ上に残っている液滴に遠心力を作用させて基板Ｗから液滴を除去し、乾燥させる（スピン乾燥）。そして、一連の処理が完了すると、搬送手段により処理済みの基板Ｗを基板洗浄装置から搬出する。

以上のように、この実施形態では、ノズルに対する相対速度が遅い基板中央部Ｗｃについては、基板Ｗに与えるダメージが少ない外部混合型ノズル５で洗浄する一方で、ノズルに対する相対速度が速い基板端縁部Ｗｓについては、洗浄力（除去率）に優れる内部混合型ノズル６で洗浄するように構成している。つまり、ダメージに対する考慮が必要な基板中央部Ｗｃを外部混合型ノズル５で洗浄する一方で、ダメージが発生しにくい基板端縁部Ｗｓを内部混合型ノズル６で洗浄している。これにより、基板中央部Ｗｃと基板端縁部Ｗｓとの各処理領域に対応した最適な洗浄を行うことができ、基板全面にわたって洗浄処理が均一化される。その結果、基板Ｗにダメージを与えることなく、良好な除去率で基板全面を洗浄することができる。

また、ノズル５，６が移動している最中に処理条件を変更することなく、均一な洗浄処理を行うことができるため、特許文献１に記載の発明のようにノズル移動中に処理条件を変更させる場合に比べて、ノズル５，６からの混合物（処理液の液滴）を基板Ｗに対して安定して与えることができ、洗浄処理の安定性をさらに向上させる上で有利である。さらに、制御方法が単純となるため、製造コストの増大を効果的に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
ところで、上記実施形態では、１つの外部混合型ノズル５と１つの内部混合型ノズル６とにより、それぞれ別個の処理領域を洗浄処理するように構成しているが、外部混合型ノズルおよび／または内部混合型ノズルの個数は複数であってもよい。また、処理領域ごとに１つのノズルを配置して洗浄を行う場合に限らず、１つの処理領域に対して複数のノズルによる洗浄を行うようにしてもよい。すなわち、各ノズルからの液滴の供給位置が部分的に重なるように洗浄処理するようにしてもよい。

図８は本発明にかかる基板洗浄装置の第２実施形態を示す平面図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、基板中央部Ｗｃ内の径方向外側（端縁側）の処理領域Ｗｃ_１（斜線部分）を洗浄処理するノズル７を追加的に設けている点であり、その他の構成および動作は第１実施形態と同一である。したがって、以下においては相違点を中心に説明する。

ノズル７は、例えば外部混合方式を採用し、図３に示すものと同様の構成とすることができる。この外部混合型ノズル７は、アーム７１の先端に固着されるとともに、該アーム７１の基端部に第３ノズル移動機構７２が連結されている。そして、コントローラ２０からの制御指令に応じて第３ノズル移動機構７２が作動することでアーム７１を回転中心Ｐｄ回りに揺動駆動する。このため、第３ノズル移動機構７２を作動させてアーム７１を揺動させることで、基板Ｗの側方の退避位置（図示せず）から基板中央部Ｗｃ内の径方向外側の処理位置Ｆｃに位置決めすることが可能となっている。したがって、処理領域Ｗｃ_１については、外部混合型ノズル５からの液滴による洗浄とともに、外部混合型ノズル７からの液滴による洗浄が行われることとなる。なお、この実施形態では、後述するようにノズル５，７による洗浄処理の処理条件を相違させるために、例えば、ノズル移動機構７２にはアーム７１を上下方向に移動位置決めする機構（間隔調整機構）が設けられており、この間隔調整機構により基板Ｗからノズル７までの高さＨ_７（図３参照）が基板Ｗからノズル５までの高さＨ_５（図３参照）よりも高くなるように調整されている。

図９は図８の基板洗浄装置の洗浄範囲を示す図である。また、図１０は図８の基板洗浄装置により実行される洗浄処理の特性を示す図である。この第２実施形態では、図９（ａ），（ｂ）に示す外部混合型ノズル５、内部混合型ノズル６からの液滴による洗浄処理に加えて、同図（ｃ）に示すように、外部混合型ノズル７からの液滴により基板中央部Ｗｃ内の径方向外側の処理領域Ｗｃ_１が洗浄処理される。このため、処理領域Ｗｃ_１に対して、外部混合型ノズル５からの液滴による洗浄処理（図１０（ａ）の曲線Ｃ_５で示す洗浄特性）のみならず、外部混合型ノズル７からの液滴による洗浄処理（図１０（ａ）の曲線Ｃ_７で示す洗浄特性）が加えられることとなり、これらの洗浄処理の相互作用により処理領域Ｗｃ_１に対する洗浄処理が促進される。その結果、２つのノズル５、７による総合的な洗浄特性は図１０（ｂ）の曲線Ｃ_５+７に示すように、処理領域Ｗｃ_１に対する除去率が向上する。さらに詳述すれば、基板中央部Ｗｃ内のうち、ノズル５からの液滴による除去率は径方向外側（端縁側）に向かう程、低下しているが（ノズル５，６からの液滴による洗浄処理において、基板全体の中で処理領域Ｗｃ_１の除去率が最も低くなっている）、処理領域Ｗｃ_１に対してノズル７からの液滴による洗浄処理が加えられることで、当該領域の除去率の向上が図られている。

なお、図１０（ｂ）に示すノズル５、７による総合的な洗浄特性（曲線Ｃ_５+７で示される洗浄特性）については、各ノズル５，７に対する処理条件を適宜組み合わせることにより制御することができる。例えば、この実施形態では、基板Ｗからノズル７までの高さＨ_７が基板Ｗからノズル５までの高さＨ_５よりも高くなるように設定している。これによって、ノズル７からの液滴による除去率はノズル５からの液滴による除去率に比べて低くなるように調整される。その結果、ノズル５、７による総合的な洗浄特性は許容ダメージレベルＬを超えることなく、許容ダメージレベルＬの直下近傍になるように設定することができる。

以上のように、この実施形態では、基板中央部Ｗｃのうち径方向外側の処理領域Ｗｃ_１に対して外部混合型ノズル５からの液滴による洗浄処理に加えて追加的に設けた外部混合型ノズル７からの液滴により洗浄処理しているので、当該処理領域Ｗｃ_１を許容ダメージレベルＬ以下で、かつ高い洗浄力（除去率）で洗浄することができる。すなわち、基板中央部Ｗｃを端縁側の処理領域Ｗｃ_１とそれ以外の領域（中心側の処理領域）とに分け、前者を２つのノズル５、７からの液滴により洗浄する一方、後者をノズル５のみにより洗浄することで、基板Ｗにダメージを与えることなく、さらに良好な除去率で洗浄することができる。その結果、基板中央部Ｗｃの端縁側の処理領域Ｗｃ_１、基板中央部Ｗｃの中心側の処理領域（基板中央部Ｗｃの処理領域のうち処理領域Ｗｃ_１以外の処理領域）、基板端縁部Ｗｓの各処理領域に対応した最適な洗浄を行うことができ、基板全面にわたってさらに均一かつ高品質な洗浄を可能にしている。

なお、この実施形態では、基板Ｗに対するノズル７の高さＨ_７を調整することでノズル７による処理条件を変更設定しているが、処理条件の設定手段はこれに限定されるものではなく、任意である。例えばノズル７からの液滴の基板Ｗに対する角度を調整することによって処理条件を調整することが可能である。また、液滴の粒径、速度などを調整することによって処理条件を調整することが可能である。このように液滴の粒径、速度などを変更させる具体的な手段としては、ノズル７に供給される処理液および窒素ガスのうちの少なくとも一方の流量を調整して処理条件を変更させることが可能である。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態において、バルブ２４Ｖ、２６Ｖおよび／またはバルブ２５Ｖ、２７Ｖの開度調整により処理液および窒素ガスのうち少なくとも一方の流量を調節することで、外部混合型ノズル５および内部混合型ノズル６からの液滴の粒径、速度などを変更可能となっているが、処理条件の設定手段はこれに限定されない。例えば、各ノズル移動機構５２，６２にアーム５１，６１をそれぞれ上下方向に移動位置決めする機構（間隔調整機構）を設けてもよく、アーム５１，６１の上下位置決めにより処理すべき基板の種類や大きさなどに応じて基板Ｗに対するノズルの高さ位置を自動的に調整することができる。また、各ノズル移動機構５２，６２にノズルの角度を調整する機構（角度調整機構）を設けてもよく、各ノズル５，６からの液滴の基板Ｗに対する角度を調整することができる。このように種々の制御因子を調節して処理条件を変更することで、基板Ｗの種類あるいは基板Ｗ上の処理領域などに応じた最適な処理を行うことができる。

また、上記第１実施形態では、外部混合型ノズル５を基板Ｗの回転中心Ｐａと境界位置Ｋａとの間で移動させて基板中央部Ｗｃを洗浄する一方、内部混合型ノズル６を基板Ｗの端縁位置Ｅａと境界位置Ｋｂとの間で移動させて基板端縁部Ｗｓを洗浄しているが、基板Ｗの種類や処理領域の大きさ等に応じて外部混合型ノズル５あるいは内部混合型ノズル６のいずれか一方を洗浄時に基板Ｗ上に固定配置して洗浄するようにしてもよい。

また、上記第１実施形態では、外部混合型ノズル５については第１ノズル移動機構５２により移動させる一方、内部混合型ノズル６については第２ノズル移動機構６２により移動させているが、例えば、図１１に示すように１本のアーム５６に２つのノズル５，６を固着して各ノズル５，６からの液滴吐出を制御しながら共通の移動機構（例えば、第１ノズル移動機構５２）により揺動させるように構成してもよい。この場合、基板中央部Ｗｃを洗浄処理する外部混合型ノズル５については、境界位置Ｋａ_１から回転中心Ｐａを通って別の境界位置Ｋａ_２に向かう移動軌跡の間のみ液滴を吐出するように制御すればよい。

また、上記第１実施形態では、外部混合型ノズル５からの液滴により基板中央部Ｗｃを洗浄処理する一方、内部混合型ノズル６からの液滴により基板端縁部Ｗｓを洗浄処理しているが、各処理領域の特性（ダメージ重視領域であるか除去率重視領域であるか）および各ノズル５，６からの液滴による処理条件によっては、両ノズル５，６から基板中央部Ｗｃおよび／または基板端縁部Ｗｓに液滴を供給して洗浄処理を行うようにしてもよい。このように、各ノズル５，６を使い分け、あるいは組合わせて洗浄処理することで、ダメージを重視したり、除去率を重視したりするようなスポット的な洗浄が可能となる。

また上記第２実施形態では、外部混合型ノズルを複数備えるようにして複数の外部混合型ノズル５、７により、基板中央部Ｗｃの径方向外側の処理領域Ｗｃ_１を洗浄処理しているが、内部混合型ノズルを複数備えるようにして洗浄処理するようにしてもよい。例えば、
基板Ｗからの高さ等を調節して内部混合型ノズル６よりも除去率（基板Ｗに与えるダメージ）が小さな内部混合型ノズルをさらに備えるようにして、外部混合型ノズル５、７からの液滴による洗浄処理に代えて当該内部混合型ノズルのみにより処理領域Ｗｃ_１を洗浄処理するようにしてもよい。また、基板端縁部Ｗｓの処理領域を径方向に２つに分けて、つまり基板端縁部Ｗｓを基板中心に近い側の処理領域と径方向外側（端縁側）の処理領域とに分けて、基板端縁部Ｗｓの径方向外側の処理領域を例えば２つの互いに処理条件の異なる内部混合型ノズルで洗浄処理するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、内部混合型ノズルと外部混合型ノズルとを同時に使用しているが、順番に使用するようにしてもよい。即ち、一方を使用しているときは他方の動作を停止するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、「気体」として窒素ガスを使用しているが、その他の不活性ガスや空気などの気体成分を用いることができる。

この発明は、処理液と気体とを混合して生成した処理液の液滴を、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などを含む基板全般の表面に供給することで該基板に対して所定の洗浄処理を施す装置に適用することができる。

本発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す概略図である。 図１の基板洗浄装置の平面図である。 図１の基板洗浄装置で採用された外部混合方式のノズルの構成を示す図である。 図１の基板洗浄装置で採用された内部混合方式のノズルの構成を示す図である。 図１の基板洗浄装置の洗浄範囲を示す図である。 図１の基板洗浄装置により実行される洗浄処理の特性を示す図である。 図１の基板洗浄装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明にかかる基板洗浄装置の第２実施形態を示す平面図である。 図８の基板洗浄装置の洗浄範囲を示す図である。 図８の基板洗浄装置により実行される洗浄処理の特性を示す図である。 本発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態の変形形態を示す図である。

符号の説明

５，７…外部混合型ノズル
６…内部混合型ノズル
１４…回転駆動機構（回転手段）
２０…コントローラ（制御手段）
５２…第１ノズル移動機構（駆動手段）
６２…第２ノズル移動機構（駆動手段）
６５…（内部混合型ノズルの）混合室
７２…第３ノズル移動機構（駆動手段）
５４１…（外部混合型ノズルの）液体吐出口
Ｅｂ…端縁（位置）
Ｋａ，Ｋｂ，Ｋａ_１，Ｋａ_２…（基板中央部と基板端縁部との）境界位置
Ｐａ…（基板の）回転中心
Ｓａ，Ｓｂ…退避位置
Ｗ…基板
Ｗｃ…基板中央部
Ｗｓ…基板端縁部

Claims (10)

1. 処理液と気体とを混合して生成した前記処理液の液滴を基板に供給することで、該基板に対して所定の洗浄処理を施す基板洗浄装置において、
   液体吐出口から処理液を吐出するとともに、該液体吐出口から吐出された前記処理液に気体を吹き付けることで空中にて前記処理液と前記気体とを混合して前記処理液の液滴を生成し、該液滴を前記基板に向けて供給する外部混合型ノズルと、
   混合室を内部に有し、該混合室内で処理液と気体とを混合して前記処理液の液滴を生成し、該液滴を前記基板に向けて供給する内部混合型ノズルと、
   前記外部混合型ノズルおよび前記内部混合型ノズルの各々を前記基板に対して相対移動させる駆動手段と、
   前記基板に対する各ノズルの相対位置を調整して各ノズルからの液滴の供給位置を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする基板洗浄装置。
2. 前記制御手段は前記外部混合型ノズルからの液滴の供給位置と前記内部混合型ノズルからの液滴の供給位置とを相違させるように前記基板に対する各ノズルの相対位置を調整する請求項１記載の基板洗浄装置。
3. 前記制御手段は前記外部混合型ノズルからの液滴の供給位置と前記内部混合型ノズルからの液滴の供給位置とが部分的に重なるように前記基板に対する各ノズルの相対位置を調整する請求項１記載の基板洗浄装置。
4. 前記駆動手段は前記基板を回転させる回転手段を備え、
   前記制御手段は前記基板の回転中心を含む基板中央部に前記外部混合型ノズルからの液滴を供給するように前記基板に対する前記外部混合型ノズルの相対位置を調整する一方、前記基板中央部より径方向外側の基板端縁部に前記内部混合型ノズルからの液滴を供給するように前記基板に対する前記内部混合型ノズルの相対位置を調整する請求項１または２記載の基板洗浄装置。
5. 前記外部混合型ノズルは前記液滴を吐出しながら前記基板の回転中心と、前記基板中央部と前記基板端縁部との境界位置との間を移動自在に設けられる一方、
   前記駆動手段は前記基板の回転中心と前記境界位置との間で前記外部混合型ノズルを移動させる第１ノズル移動機構を備える請求項４記載の基板洗浄装置。
6. 前記内部混合型ノズルは前記液滴を吐出しながら前記基板の端縁と前記境界位置との間を移動自在に設けられる一方、
   前記駆動手段は前記基板の端縁と前記境界位置との間で前記内部混合型ノズルを移動させる第２ノズル移動機構を備える請求項４または５記載の基板洗浄装置。
7. 前記内部混合型ノズルは前記液滴を吐出しながら前記基板の端縁と前記境界位置との間を移動自在に設けられる一方、
   前記第１ノズル移動機構は前記基板の端縁と前記境界位置との間で前記内部混合型ノズルを移動させる請求項５記載の基板洗浄装置。
8. 前記第１ノズル移動機構はさらに前記基板端縁部を介して前記境界位置と前記基板の側方の退避位置との間で前記外部混合型ノズルを移動させるように構成され、
   前記制御手段は、前記外部混合型ノズルからの液滴の供給を停止させた状態で前記第１ノズル移動機構の作動により前記外部混合型ノズルが前記基板端縁部上を移動する間、前記内部混合型ノズルからの液滴を前記基板端縁部に供給させる請求項５または６記載の基板洗浄装置。
9. 前記外部混合型ノズルから前記基板に供給される液滴による処理条件を変更可能に構成されるとともに、互いに前記処理条件が異なるように変更された前記外部混合型ノズルを複数備える請求項１ないし８のいずれかに記載の基板洗浄装置。
10. 前記内部混合型ノズルから前記基板に向けて供給される液滴による処理条件を変更可能に構成されるとともに、互いに前記処理条件が異なるように変更された前記内部混合型ノズルを複数備える請求項１ないし９のいずれかに記載の基板洗浄装置。
    

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